雾封层技术在公路预养护中的应用

王建德

摘 要：为了处治或避免目前沥青路面中存在较多的微裂纹、松散、脱落等病害，研究了预养护措施中较为常见的雾封层技术。在对其原理进行分析的基础上，总结并讨论了雾封层技术适宜的实施时间、施工要点以及注意事项，可为沥青路面的预养护提供参考。

关键词：预养护；雾封层；病害；原理

中图分类号：U418.6 文献标志码：B

Application of Fog Seal Technology in Highway Preventive Maintenance

WANG Jiande

（Road Construction Branch of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract： The fog seal technology was studied in order to avoid the common diseases such as tiny cracks， looseness and falling off of asphalt pavement. Appropriate executing time， key points for construction and matters that need to pay attention to were summarized on the basis of the analysis of mechanism， which provides reference for preventive maintenance of asphalt pavement.

Key words： preventive maintenance； fog seal； disease； mechanism

0 引 言

公路养护的目的就是以科学的管理理念和先进的技术对现有的养护资金进行合理的使用，使得公路在经过适宜的养护后能够在设计使用年限内发挥正常的服务功能。国内一般的养护方式是仅对已经出现病害的路面进行处理，这样不能形成一个完善的系统性养护方案。在这种情况下，公路预养护应运而生，它能够在最大程度上解决以往的养护方式所造成的种种问题，同时降低养护成本，提高公路的服务能力[1]。预防性养护着眼于路面未出现病害或者病害刚开始发生时，通过采取一系列养护手段，抑制病害的发展趋势，延长路面的使用寿命。

1 路面预防性养护的必要性

美国公路有关部门曾在路面的病害方面进行了大量的研究，通过对几十万公里不同等级道路进行跟踪，最终总结出了路面使用性能和寿命之间的关系。研究指出：预防性养护发生于道路使用寿命从100%降低到75%这一时间段内，在此期间，路面状况的质量降低40%；如果在这一时间段内未能采取相应的养护措施，在其随后的12%使用寿命的时间内，路面状况质量将再降低40%，在此阶段的路面破坏较为严重，需进行整形养护，养护成本会大幅度增加，如图1所示。

路面的破坏是个逐渐累积的过程，路况可分为优、良、中、次、差、破坏等6个等级[23]。道路通车的前几年内，路面的病害不明显，但随着时间的延续，路面等级从良到中、从中到次所需的时间越来越短。假设一条路的使用寿命是20年，当路面寿命剩下75%的时候，路况质量已经下降了 40%；再过2～3年时间，路面性能便会从良降低到差。

图1 路况与预防性养护的关系

更重要的是，如果在路面寿命的第5年发现问题并采取微表处等养护措施，仅需花费1美元；如果等到第15年再进行养护，则需要采取罩面或补强加铺等措施，那么它的费用为5～6美元。

该项研究指出，若在寿命周期内对路面进行3～4次的预防性养护，则路面的使用寿命可延长10～15年，养护费用可节省45%～50%。由此可见，预防性养护是十分必要的养护措施。

2 雾封层技术的应用

雾封层的定义是：喷洒少量雾状稀释的乳化沥青密封现有沥青路面，以减少松散和路面沥青的老化。在公路的预防性养护措施中，雾封层技术属于性价比较好的一种。使用雾封层处理后，可明显改善路面的服务功能，减少病害的发生和进一步恶化，降低路面使用过程的运营成本，延长公路的使用寿命。

雾封层的功能主要体现在以下4个方面。

（1） 对路面早期出现的微裂纹进行密封处理，阻止因路面水下渗而造成的路基破坏。

（2） 对沥青表面的流变性进行修复，解决因沥青老化导致的脆性破坏问题；对路面的松散结构进行固结处理，防止路面坑槽、脱落等情况的发生，进而延长路面的使用寿命。

（3） 美化路容，提升驾驶者的视觉舒适度。

2.1 雾封层技术的原理

2.1.1 雾封层材料在微裂纹中的渗透深度

图2 渗流模型

传统的雾封层材料是水和沥青在乳化剂的作用下形成的乳状液体，在不考虑沥青材料的粘性时，可将雾封层材料看作一种不可压缩的液体材料。假设将路面有微裂纹处记为面A，雾封层材料最终的渗透深度处记为面B，将微裂纹看作一个个竖直向下的圆柱体结构，则该过程可简化为图2。

由式（2）、（3）可知，流体的渗透深度与A、B断面的压力差有关，与流体经过A面时的流速有关，即与喷洒雾封层材料时的初速度有关。当压力差越大时，渗透深度越大；渗流速度越大时，渗透深度越大。此外，流动能损失hLA-B也将影响渗透深度，该指标与沥青的粘度有关，一般情况下，随着沥青粘度的增大，雾封层材料的渗透深度随之减小。雾封层材料的渗透深度还和温度有关，特别是施工时路面的温度以及当时的气温。当气温较高、路面温度较高时，沥青材料的强度形成速率快，喷洒于路面上的雾封层材料很快就会形成一层沥青薄膜，阻止后续沥青的下渗；此外，温度升高也将导致压强差降低，从而使渗透深度减小。当温度较低时，雾封层的强度形成时间将大大增加，使得施工时间延长，工作效率下降。endprint

2.1.2 沥青的破乳作用

当沥青流入微裂纹中之后，就会与结构层中的集料粘结在一起。在气温、时间的综合作用下，沥青乳液之中的水分逐渐蒸发，经过一系列的作用，最终在集料表面形成连续的覆盖膜，并分解破乳。其破乳机理主要有表面能理论、电荷吸附理论和相似相溶理论。

（1） 表面能理论。从微观角度出发，当乳化沥青与集料接触时，乳化沥青在两者之间的接触面上将形成定向排列的亲水基，由于亲水基与矿料有着极强的相互吸引作用，使得乳化沥青紧紧地吸附在集料的表面。

（2） 电荷吸附理论。集料属于带电体的一种，其电荷主要来自集料表面活性成分的电离作用，以及矿料表面的相互吸引。一般来说，集料会在水的作用下产生电离，酸性集料在电离之后将会形成的表面带负电荷的带电体，而碱性集料在电离之后会形成表面带正电荷的带电体。

（3） 相似相溶理论。沥青与乳化剂都属于有机物，含有相同的碳酸基，所以随着水分的蒸发，在同性质相溶的机理下，乳化剂与沥青相溶；或者乳化剂分子逐渐离开乳化沥青表面聚结在一起，由于高度的自粘性相互结合而溶为一体。

2.2 雾封层技术的实施时间

预防性养护应有一个恰当的实施时机[4]，时机的选择原则如下。

（1） 运用预防性养护方案进行路面养护时，养护工作应该发生于路面破损之前，错过养护时机，养护费用会明显增加。

（2） 预防性养护实施过早会造成养护资金浪费。

（3） 路面养护方案不惟一，不同的养护方式有不同的最佳养护时机，同时还应考虑地区、路面类型和结构，以及资金来源带来的影响。

（4）预防性养护应在路面结构和性能良好、尚未加速恶化时进行。

基于路况与预防性养护的关系，可得出不同时间所需要的不同预养护措施，如表1所示。

2.3 雾封层的施工

2.3.1 雾封层材料对原路面的要求

雾封层技术不仅能够改变路面的刚度以及承载能力，在路面结构出现微裂纹等破坏时，对路面进行防水、封闭微裂纹等处理，还能够改善路面的视觉舒适程度。为了保证雾封层养护的顺利实施，原路面结构应该满足一定的要求。

（1） 路面结构应具有足够的强度与整体稳定性。原路面的路面结构应能保证在车辆的反复作用下不产生残余变形等病害。雾封层的实施对路面结构稳定性的影响不明显，而且雾封层不具有抗应变的能力。因此，路面结构层应具有良好的高温稳定性和水稳定性。

（2） 路面应平整、清洁。雾封层技术几乎不能改善路面的平整度，因此，雾封层技术施工前，应对不平整路面进行处理。

2.3.2 雾封层施工前的准备工作

（1） 原路面的修补。由于雾封层的实施无法增加路面结构的强度，在施工前应对路面结构破损的地方进行修补。雾封层技术能够封闭路面的微裂纹，但当裂纹宽度较大时，应对此裂缝进行处理后再进行施工。处理方法可参照《公路沥青路面养护技术规范》。

（2） 原路面的清洁。对原路面进行修补之后，应对拟施工路面进行清扫，将路面所有杂物全部清除干净。如若用水清洗，应待路面干后再进行雾封层施工。

雾封层材料应采用专业的喷洒设备进行喷洒。必须严格控制洒布量，一般为0.5～0.7 kg·m-2。洒布量过大会造成材料的浪费，提高成本，而且过多的沥青也容易造成路面摩擦系数下降，影响行车安全；洒布量过小，则无法保证材料的完全反应，影响材料性能的发挥[56]。

当某地区无实际经验借鉴时，雾封层材料的洒布量可通过试验的方法进行确定[7]。具体试验步骤为：取体积为1 L的雾封层材料均匀地洒布在1 m2路面上，此时该材料的喷洒密度为1 L·m-2；观察2～3 min后，若雾封层沥青材料无法渗入路面结构中，则适当减少沥青用量，直到取得一个合理的用量为止；若在试验时能够观察路面结构还能吸收更多的沥青，则应该增加沥青用量，重复该步骤，直到得到合适的沥青用量。

由于资金等原因的限制导致无法采用专业设备进行施工时，可采用人工进行处理，但需要注意涂刷的均匀性。雾封层材料施工的完成应有一个养护期，以保证其强度能够完全形成，在养护期间需要对路面实行交通管制，严禁车辆和行人通过[8]。在洒布车完成喷洒任务之后，应及时组织人员对路面进行辅助工作。

2.4 雾封层施工时的注意事项

（1） 应保持施工过程中道路的整洁与美观，将施工时产生的废弃物与垃圾清理干净，防止造成污染。

（2） 雾封层材料的施工应在适宜的温度下进行，当温度低于10 ℃时，应立即停止施工。

（3） 为保证雾封层材料性能发挥良好，严禁在雨天或者即将下雨的天气进行施工。

（4） 雾封层材料在施工之前应做好相关的试验工作，防止雾封层材料与路面之间产生相斥作用。

3 结 语

雾封层施工是预防性养护措施中较为简单的一种，具有价格低廉、施工效率高等优点，能够修复沥青路面结构在早期出现的坑槽、脱落、微裂纹等病害，防止路面水下渗对路面结构层产生的影响。雾封层的社会和经济效益较为良好，是一项值得推广的路面预养护技术。在进一步的材料开发和推广应用研究中，应将以下两方面作为重点：改善雾封层施工初期的抗滑性能，例如如何有效地撒砂并固结砂，以提高抗滑性能；进一步降低雾封层材料的成本。

参考文献：

[1] 曾 峰，张肖宁.沥青路面预防性养护技术研究进展及关键问题[J].中外公路，2009，29（4）：7479.

[2] 辛恕杰，刘元林.高等级公路沥青路面使用性能评价研究[J].公路交通科技，2008（2）：3437.

[3] 徐 强.高速公路沥青路面预防性养护评价体系研究[J].中外公路，2009，29（3）：6468.

[4] 董瑞琨.基于老化的沥青路面预防性养护时机[D].上海：同济大学，2005.

[5] 雷超旭，王端宜，陈英杰.雾封层施工质量控制最优研究[J].筑路机械与施工机械化，2008，25（7）：3739.

[6] 张朝山.雾封层技术在高速公路预防性养护中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2010，27（7）：5456.

[7] JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[8] 仝云蔚，苏卫国.预防性养护与路面管理系统的整合分析[J].中外公路，2007，27（6）：248252.

[责任编辑：王玉玲]endprint